半导体结构及其形成方法技术

一种半导体结构及其形成方法，其中，所述半导体结构包括：基底；底部电极层，位于所述基底上；磁性隧道结层，位于所述底部电极层上；顶部电极层，位于所述磁性隧道结层上；开口，所述开口至少暴露出部分所述磁性隧道结层的上表面和下表面的其中之一。本发明专利技术实施例提供的半导体结构，可以减少工作状态时的漏电流，有利于提高不同存储状态下磁性隧道结层的电阻值的差值，提高半导体结构的性能，从而提高包含该磁性隧道结层的存储器的存储状态的可靠性。该磁性隧道结层的存储器的存储状态的可靠性。该磁性隧道结层的存储器的存储状态的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种半导体结构及其形成方法。

技术介绍

[0002]通过自旋电流实现信息写入的磁随机存储器(STT-MRAM)作为新型非易失存储器的一种，兼具静态随机存储器(SRAM)的高速读写能力和动态随机存储器(DRAM)的高集成度特点，可以无限次擦写，无需刷新，同时还具有长寿命、低功耗、抗辐射等优点，因此被认为是构建下一代非易失性缓存和主存的理想器件。
[0003]STT-MRAM存储单元的核心结构是由固定层/绝缘层/自由层组成的磁性隧道结。固定层的磁化方向被固定，并与自由层的磁化方向进行对比，自由层的磁化方向可改变。在对STT-MRAM进行写入操作时，自由层的磁化方向可变为相对于固定层的磁化平行(逻辑“0”状态)，磁性隧道结表现为低阻态；或者反平行(逻辑“1”状态，)磁性隧道结表现为高阻态，从而实现两个存储状态。在“读取”的过程中，通过比较磁性隧道结单元的电阻与标准单元的电阻，读出STT-MRAM存储器的状态。
[0004]然而，现有的STT-MRAM仍然存在性能较差的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是提供一种半导体结构及其形成方法，以提高形成的半导体结构的性能。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种半导体结构，包括：基底；底部电极层，位于所述基底上；磁性隧道结层，位于所述底部电极层上；顶部电极层，位于所述磁性隧道结层上；开口，所述开口至少暴露出部分所述磁性隧道结层的上表面和下表面的其中之一。
[0007]可选的，所述开口包括第一类开口或第二类开口，所述第一类开口沿平行于所述基底表面的方向，从所述顶部电极层和所述底部电极层的至少其中一层的侧壁向中间延伸；所述第二类开口沿垂直于所述基底表面的方向，贯穿所述顶部电极层和所述底部电极层的至少其中一层。
[0008]可选的，所述开口暴露出部分所述磁性隧道结层的上表面。
[0009]可选的，所述开口暴露出部分所述磁性隧道结层的下表面。
[0010]可选的，所述开口暴露出部分所述磁性隧道结层的上表面，且所述开口暴露出部分所述磁性隧道结层的下表面。
[0011]可选的，所述顶部电极层为单层或多层结构，所述底部电极层为单层或多层结构。
[0012]可选的，磁性隧道结层包括：位于所述底部电极层上的固定层、位于所述固定层表面的绝缘层、以及位于所述绝缘层表面的自由层。
[0013]可选的，所述固定层的材料包括Co、Fe、Ru、B、Pt、Ni、Ta、Cr或至少包含Co、Fe、Ru、B、Pt、Ni、Ta和Cr其中一种的合金材料；所述绝缘层的材料包括氧化镁或氧化铝；所述自由
层的材料包括Co、Fe、Ru、B或至少包含Co、Fe、Ru和B其中一种的合金材料。
[0014]可选的，所述磁性隧道结层还包括保护层，所述保护层位于所述自由层上，所述保护层的材料包括氧化镁或氧化铝。
[0015]可选的，还包括：下层金属层，位于所述基底内，且所述下层金属层的顶部与所述基底的顶部表面齐平。
[0016]相应的，本专利技术技术方案还提供了一种上述半导体结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成底部电极材料层；在所述底部电极材料层上形成磁性隧道结材料层；在所述磁性隧道结材料层上形成顶部电极材料层；依次刻蚀所述顶部电极材料层、所述磁性隧道结材料层以及所述底部电极材料层至露出所述基底表面，形成顶部电极层、磁性隧道结层以及底部电极层；至少刻蚀所述顶部电极层和所述底部电极层其中一层的侧壁，形成开口，所述开口暴露出部分所述磁性隧道结层的表面。
[0017]可选的，所述开口包括第一类开口或第二类开口，所述第一类开口沿平行于所述基底表面的方向，从所述顶部电极层和所述底部电极层的至少其中一层的侧壁向中间延伸；所述第二类开口沿垂直于所述基底表面的方向，贯穿所述顶部电极层和所述顶部电极层的至少其中一层。
[0018]可选的，在形成所述顶部电极层、所述磁性隧道结层以及所述底部电极层的步骤之后，刻蚀所述顶部电极层的侧壁，形成开口。
[0019]可选的，在形成所述顶部电极层、所述磁性隧道结层以及所述底部电极层的步骤之后，刻蚀所述底部电极层的侧壁，形成开口。
[0020]可选的，在形成所述顶部电极层、所述磁性隧道结层以及所述底部电极层的步骤之后，刻蚀所述顶部电极层和所述底部电极层的侧壁，形成开口。
[0021]可选的，所述形成方法的步骤包括：刻蚀所述顶部电极材料层至露出所述磁性隧道结材料层的表面，形成顶部电极层；刻蚀所述顶部电极层的侧壁，形成开口；刻蚀所述磁性隧道结材料层至露出所述底部电极材料层的表面，形成磁性隧道结层；刻蚀所述底部电极材料层至露出所述基底表面，形成底部电极层。
[0022]可选的，还包括：形成所述底部电极层后，刻蚀所述底部电极层的侧壁，形成开口。
[0023]可选的，刻蚀所述顶部电极层和所述底部电极层至少其中一层的所述侧壁的方法至少为干法刻蚀工艺和湿法腐蚀工艺的其中一种。
[0024]可选的，还包括：在形成所述底部电极材料层的步骤之前，在所述基底内形成若干分立的下层金属层，所述下层金属层的顶部与所述基底顶部表面齐平。
[0025]与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：
[0026]本专利技术实施例提供的半导体结构具有开口，开口至少暴露出部分磁性隧道结层的上表面和下表面的其中之一，开口使磁性隧道结层至少与底部电极层和顶部电极层的其中一层的边缘在垂直方向上不齐平，当电流从底部电极层流向顶部电极层的过程中，需要经过开口暴露出的磁性隧道结层的表面，避免电流直接沿着齐平的边缘流过，增加了电流的流动路径，增大了底部电极层和顶部电极层至少其中一层的电阻，从而减少了漏电流，有利于提高不同存储状态下磁性隧道结层的电阻值的差值，提高半导体结构的性能，从而提高包含该磁性隧道结层的存储器的存储状态的可靠性。
附图说明
[0027]图1是一实施例中半导体结构的结构示意图；
[0028]图2是本专利技术一实施例中半导体结构的结构示意图；
[0029]图3是本专利技术另一实施例中磁性隧道结层的结构示意图；
[0030]图4是本专利技术另一实施例中半导体结构的结构示意图；
[0031]图5是本专利技术再一实施例中半导体结构的结构示意图；
[0032]图6至图12是本专利技术实施例半导体结构形成过程各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
[0033]正如
技术介绍
所述，现有的STT-MRAM的性能较差。
[0034]现结合附图进行详细说明STT-MRAM性能较差的原因，图1是一种STT-MRAM的结构示意图，STT-MRAM可以分为存储单元区域11和外围驱动电路区域12两个部分。
[0035]参考图1，所述半导体结构1包括：
[0036]包含第一金属层21的基底10，所述第一金属层21通过第一通孔3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：基底；底部电极层，位于所述基底上；磁性隧道结层，位于所述底部电极层上；顶部电极层，位于所述磁性隧道结层上；开口，所述开口至少暴露出部分所述磁性隧道结层的上表面和下表面的其中之一。2.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述开口包括第一类开口或第二类开口，所述第一类开口沿平行于所述基底表面的方向，从所述顶部电极层和所述底部电极层的至少其中一层的侧壁向中间延伸；所述第二类开口沿垂直于所述基底表面的方向，贯穿所述顶部电极层和所述底部电极层的至少其中一层。3.如权利要求2所述的半导体结构，其特征在于，所述开口暴露出部分所述磁性隧道结层的上表面。4.如权利要求2所述的半导体结构，其特征在于，所述开口暴露出部分所述磁性隧道结层的下表面。5.如权利要求2所述的半导体结构，其特征在于，所述开口暴露出部分所述磁性隧道结层的上表面，且所述开口暴露出部分所述磁性隧道结层的下表面。6.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述顶部电极层为单层或多层结构，所述底部电极层为单层或多层结构。7.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，磁性隧道结层包括：位于所述底部电极层上的固定层、位于所述固定层表面的绝缘层、以及位于所述绝缘层表面的自由层。8.如权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述固定层的材料包括Co、Fe、Ru、B、Pt、Ni、Ta、Cr或至少包含Co、Fe、Ru、B、Pt、Ni、Ta和Cr其中一种的合金材料；所述绝缘层的材料包括氧化镁或氧化铝；所述自由层的材料包括Co、Fe、Ru、B或至少包含Co、Fe、Ru和B其中一种的合金材料。9.如权利要求8所述的半导体结构，其特征在于，所述磁性隧道结层还包括保护层，所述保护层位于所述自由层上，所述保护层的材料包括氧化镁或氧化铝。10.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，还包括：第一金属层，位于所述基底内，且所述第一金属层的顶部与所述基底的顶部表面齐平。11.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上形成底部电极材料层；在所述底部电极材料层上形成磁性隧道结材料层；在所述磁性隧道结材料层上形成顶部电极材料层；依次刻蚀所述顶部...

【专利技术属性】
技术研发人员：金吉松，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：